Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 349. Fékezett habzású zajcsökkentők - első flakon

A civilizáció egyik legnagyobb ellensége a zaj. Ez a sunyi fegyver az egész életünket megkeseríti és megrövidíti, a siketség egyik legfőbb okozója.

A zajok elleni leghatásosabb védekezés, ha ott szüntetjük vagy legalábbis mérsékeljük a zajt, ahol az keletkezhet. Az analóg hangrögzítés során a rögzítéshez használt hordozó és az elektronika zaját csökkenthetjük. A múlt század nyolcvanas éveiben az analóg hangrögzítés zajszintje elérte azt a határt, amelynél lejjebb már nem nagyon lehetett menni, legfeljebb a jel-zaj viszonyt lehetett javítani a hangszalag jobb vezérelhetőségével. Tudomásul kellett venni, hogy olyan trükköket kell alkalmazni, amelyek többé-kevésbé belenyúlnak a hasznos tartalomba is, roncsolják e tartalmat, csupán az a kérdés, hogy e roncsolás mértéke mekkora. Pontosabban, hogy mi zavar jobban: a sistergés, fortyogás, sustorgás, vagy a hangkép torzulásai. Utólag visszatekintve az analóg zajcsökkentőkre, általánosságban elmondhatjuk, hogy a soksávos felvételek szélviharának kényszerű mérséklésétől eltekintve, a zajcsökkentők inkább rontottak, mintsem javítottak. Ugyanis jó minőségű szalagot vagy kazettát, valamint kiváló elektronikai és mechanikai állapotú magnókat használva, a zaj kevésbé zavaró, mint az, hogy a sztereó hangkép összeomlik, hogy a hangszerek hangja liheg, hogy a zaj hol megjelenik, hol eltűnik, hogy a tranziens csattanások helyett tompa puffanást hallunk. Az egyes zajcsökkentő eljárások rombolása különböző mértékű ugyan, de mindig észrevehető.

A zajcsökkentés legegyszerűbb módszere, ha kiszűrjük azt a frekvenciatartományt, amelynek zajtartalma a legzavaróbb. Ha ezt a tartományt állandónak tekintjük, akkor áramköri megvalósítása csupán egy fix töréspontú, többnyire aluláteresztő szűrő. A zajt éppen olyan mértékben mérsékeljük, mint a hasznos jeltartalmat, kivéve azt az esetet, amikor a zajtartományban nincs hasznos jel. Ilyen eset például, ha mobiltelefon feszültségkimenetéről – ez általában a fejhallgató kijárat – rögzítünk telefonbeszélgetést, mert a mobilrendszerek sávszélessége erősen korlátozott, pár száz Hz alatt és néhány kHz fölött nagymeredekségű szűrővel metélnek le mindent. E módszer tehát ritkán használható, viszont egyetlen előnye, hogy nem liheg.

Ugyancsak nem liheg, ha felvételkor kiemeljük azt a tartományt, amelyikben a zavaró zaj van, lejátszáskor pedig elnyomjuk. Csakhogy ezt a statikus megoldást már ellövöldöztük a felvevő- és lejátszóerősítőben, tehát olyan módon csak egészen óvatosan használhatjuk tovább, hogy a kiemelés/elnyomás mértéke állandó legyen. Voltak ugyan ilyen próbálkozások, de a próbálkozásnál meg is rekedtek. Talán zárt rendszerben, pl. egy stúdióban érdemes lehetett megpiszkálni a felvevő- és lejátszóerősítő korrekcióját, viszont az így készült felvétel egyetlen más készüléken sem volt egyből lejátszható, hacsak a lejátszási korrekciót nem buzerálták hozzá. Ez azonban kultúrlénynek nem szokása.

Minden más módszer alapvető problémája, hogy a beavatkozás szükségességének mértékét akkor állapítja meg a berendezés, amikor már be kéne avatkozni.

fze02

Ebből az következik, hogy a szabályozás késni fog. Innen ered a hüppögés, lihegés, pumpálás, még akkor is, ha a szabályozás időállandóit sikerült optimálisan beállítani. A jobb megoldás az volna, ha az érzékelő és szabályzó áramkörnek lenne ideje dolgozni, tehát a zajos jelet késleltetnék. Ekkor az érzékelő áramkör után a jelet elemző áramkör következne, ami alaposan megvizsgálná a jel összetevőit, és az eredményt kiértékelve változtatná meg a szabályozható áramkörök paramétereit úgy, hogy a kimeneten a lehető legkevesebb zaj legyen.

fze03

Analóg módon is lehetett volna késleltetni, de az un. vödörlánc késleltetők (lásd a sorozat 12. részét) drágák voltak és a minőségük sem volt hű, de jó. Ami pedig az elemző áramkört illeti, létezett ilyen is, de zajcsökkentési célból nagyon sokba került volna. Digitális áramkörökkel már nem csupacsoda ez a megoldás, létezik is ilyen, ráadásul nem is túl drága bővítmény, amely mesterséges intelligenciát is használ, de most az analóg megoldásokat elemezzük.

Az utólagos dinamikus zajcsökkentő eszközök a jel amplitúdójának függvényében változtatják a frekvenciamenetet. Csak lejátszáskor működnek, tehát a felvételbe nem szólnak bele az utólagos dinamikus zajcsökkentők, zajhatárolók. Egyszerű dinamikus zajhatároló áramkör készíthető a jel útjában elhelyezett aluláteresztő RC tag segítségével, amelyben az ellenállás aktív félvezető eszköz, például FET (lásd a sorozat 107. részét). A FET csatornaellenállása feszültséggel változtatható. A bemenő jel csúcsait egyenirányítják, és ezzel a változó nagyságú egyenfeszültséggel szabályozzák a FET csatornaellenállását. Valójában ez egy, a szintetizátoroknál már megismert VCF. A szabályozást a csúcsegyenirányító dinamikus tulajdonságai segítségével úgy kell beállítani, hogy a jelben előforduló tranziensek a működést ne nagyon zavarják, és a kimenő jelben káros berezgések ne keletkezzenek. A berezgések, túllövések még csak-csak elkerülhetők, de a tranziensek élei kevésbé lesznek meredekek. Ilyen elven működő zajcsökkentőt építettek – sajnos, kikapcsolhatatlanul – a BRG MK43, 43A típusú magnóiba.

fze04

Rafkósabb volt a Philips. A DNL (Dinamic Noise Limiter) nevű találmány már két ágat használ.

fze05

A felső ágban egy elsőfokú mindentáteresztő szűrő (lásd a sorozat 63. részét) a frekvencia függvényében tologatja a fázist. 5,5 kHz-en 90 fokot tol – a tranziens jelektől búcsút is vehetünk; többé-kevésbé szinuszt csinál belőlük. Az alsó ágban egy negyedrendű, tehát 24dB/oktáv meredekségű felüláteresztő szűrő engedi át az 5,5 kHz-nél szaporább rezgésű jeleket. E magas összetevőket egyenirányítják. Egyenirányítás után az alsó ág jelének szintjét ezzel a változó nagyságú egyenfeszültséggel szabályozzák. Az alsó és felső ág jelét összegzik, és mivel a két jel fázisa a magas tartományban eltérő, a magasak (a sziszegések) részben kioltják egymást.

fze06

A fenti fotón látható panel a Philips N2229 típusú sztereó magnójának kibelezésekor készítette a „Szétszedtem” blog gazdája. A DNL-lel kb. 8-10 dB jel-zaj viszony javulást lehetett elérni, súlyozottan mérve. A Philips is tudta, hogy a DNL nem nagy pukkanás, és Dolby B-t is tett a kütyübe – mindkettőt kikapcsolhatóan.

fze07

A típust 1976 és 1979 között gyártották.

fze08

Pszichoakusztikai alapokon nyugszik a National Semiconductor (leánykori nevén Texas Instruments) Dynamic Noise Reduction (DNR) nevű eljárása. A félvezetőket gyártó cég egyetlen IC-be zsúfolta össze a tudást, így aztán lényegében alig derül ki valami az LM 1894-hez ajánlott kapcsolási rajzból.

fze09

LED sávszélesség kijelző meghajtóval készre szerelve 10-20 dollárért mérik az eBay-n napjainkban. Magát az IC-t az Aliexpressen 2-4 dollárért vágják hozzád.

fze10

A DNR rendszer alapja változó sávszélességű, adaptív aluláteresztő szűrőrendszer, amelynek gyors a reakcióideje. A reakcióidő arra utal, hogy a rendszer milyen gyorsan tudja kikapcsolni és törölni a szűrő előző beállítását, ami után a rendszer újraindítja a zajszűrést. Olyasmi ez, mint egy zajzár (lásd a sorozat 45. részét). Az adaptív aluláteresztő szűri a bejövő jelet a zaj csökkentése érdekében. A töréspontja kb. 1 kHz-től 30 kHz-ig állítható. Ha a hasznos jel amplitúdója kicsi, vagy többnyire mély hangból áll, az aluláteresztő szűrő kisebb frekvencián kezd vágni, valamint a zajzár blokkolja a magasabb hangokat a sziszegéssel együtt.

Eddig nincs semmi különös, most jön a pszichoakusztikai varázslat. A DNR az egyidejű elfedést használja ki (lásd a sorozat 61. részét), vagyis azt, hogy a hangosabb hang elfedi, maszkolja, a hallórendszerünk számára elnémítja a halkabbat. Ezért a zene hangosabb vagy intenzívebb továbbítása közben a DNR szélesebbre tárhatja az aluláteresztő szűrőjét, növelheti a sávszélességet.

A másik pszichoakusztikai jelenség az, hogy a a fehér zaj elfedheti a periodikus hangokat. A periodikus hang elfedéséhez szükséges teljes zajenergiának meg kell egyeznie magának a hangnak az energiájával. Bizonyos határokon belül minél szélesebb a hangot fedő zaj sávszélessége, annál kisebbnek kell lennie a zaj amplitúdójának. Amíg a zaj összenergiája egyenlő vagy nagyobb, mint a periodikus hang energiája, a periodikus hang nem hallható. Ez az elv megfordítható: az értékes tartalom képes ugyanazon a sávszélességen elfedni a zajt.

A harmadik jelenség lényege, hogy a hallórendszerünk nem törődik az 1 ms-nál rövidebb hangbeli változásokkal. Ha 1 milliszekundumnál rövidebb idejű a változás, torzulás lép fel, a hallórendszerünk integrálóként működik, és nem képes a változást észlelni. Emiatt a zaj elfedéséhez elegendő energiájú jelek lehetővé teszik az LM1894 számára, hogy 1 ezredmásodpercnél rövidebb idő alatt változtassa meg a szűrő sávszélességét.

Az LM1894-ben is két jelút van. Az egyik a hangút, amelyet az aluláteresztő szűrési folyamat befolyásol. A másik a vezérlési útvonal, amelyen áthalad a módosítatlan hang. Ahogy a neve is sugallja, a vezérlő útvonal felelős a szűrőmechanizmus működtetéséért, annak eldöntéséért, hogy „mennyi” aluláteresztő szűrést engedjen meg.

DNR-t elsősorban autórádiókba, illetve kazettás magnó-autórádió kombókba építettek, hogy az FM zajt és a kazettás felvételek zaját csökkentse. A rádiós alkalmazás olyan problémát vetett föl, ami később a Dolby B-nél is jelentkezett. Arról van szó, hogy a sztereó multiplex jel tartalmaz egy 19 kHz-es un. pilotjelet is. Ha ezt a jelet nem szűrik ki a sztereó dekóder kijáratán, akkor megzavarja a zajcsökkentők működését. Ismét rápillantva az LM1894 ajánlott kiegészítésére, van benne egy tekercsből és kondenzátorból álló rezgőkör, amit 19 kHz-re kell hangolni, így kiszívja a pilotjelet.

Néhány cég gyártott önálló készüléket is. A kaliforniai Advanced Audio Systems International, Incorporated terméke volt a DNR Dynamic Noise Reduction System 911.

fze11

A jobboldalon található SENSIVITY gombbal a zajzár küszöbszintje masszírozható. A gyártó ma már persze nem létezik, ám a DNR jelentősége nem önmagában van, a jel-zaj viszony javulás sem meggyőző (kb. 10 dB súlyozottan), hanem az, hogy még jóval a digitális érzeti kódolás és az mp3 előtt felfedezték, hogy jé, létezik pszichoakusztika.